KR100501296B1 - 적외선 흡수 볼로메터 제조 방법 - Google Patents
적외선 흡수 볼로메터 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 적외선 흡수 볼로메터의 스트레스 방지에 관한 것으로, 특히 지지레벨의 앵커 부분을 포토레지스터로 매립한 후에 제 2 희생층을 증착함으로써, 제 2 희생층의 평탄도를 향상시키고, 제 2 희생층의 상부에 형성되는 흡수레벨의 평탄도를 향상시켜 전도선의 스트레스를 방지할 수 있다.
또한, 흡수레벨의 평탄도 향상에 따라 적외선 흡수 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 물체가 방사하는 각종 적외선(온도)을 흡수하여 검출하는 흡수 레벨을 평탄화 시키는 적외선 흡수 볼로메터 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 볼로메터는 적외선 센서의 일종으로서, 물체에서 방사되는 적외선을 흡수하여 열에너지로 바뀔 때 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변화하는 것을 측정하여 집적 접촉하지 않아도 물체 표면의 온도를 감지할 수 있는 특징을 가진다.
적외선은 파장이 가시광선 보다 길고 전파보다 짧은 전자파의 일종으로 자연계에 존재하는 물체는 사람을 비롯하여 모두 적외선을 방사하고 있다. 단, 물체의 온도에 따라 그 파장이 다르므로 온도검출이 가능하다.
이와 같은 볼로메터는 금속 또는 반도성 재료를 이용하여 제조된다. 금속 볼로메터 요소는 온도의 변화에 자유전자의 밀도가 지수적으로 변화하는 특성을 가지며, 반도성 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따른 저항변화의 큰 민감성을 얻을 수 있다. 그러나 반도성 재료 볼로메터는 박막형으로 제조하기가 어려워 실용화되기 어려운 문제점이 있다.
도 2는 전형적인 적외선 흡수 볼로메터의 개략적인 사시도이고, 도 1a 내지 1d는 종래의 볼로메터 제조 공정을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 즉, 도 1a 내지 1d는 볼로메터를 제조할 때 도 1에 도시된 적외선 흡수 볼로메터의 I-I선에 따라 보여지는 단면에서의 공정도이다.
도시된 바와 같이, 볼로메터의 제조공정은 집적회로(도시되지 않음)와 한쌍의 접속단자(112a)를 포함한 기판(100)의 준비로서 시작된다. 각각의 접속단자(112a)는 기판(100)의 상부에 위치하면서 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다.
보호층(112)은 실리콘 질화막(SiNx) 같은 잔류응력이 보상된 절연성이 우수한 재료로 만들어지며, PECVD 방법을 사용하여 증착할 수 있다. 기판(100)과 접속단자(112a)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(110)이 형성된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘(poly-Si) 같은 재료로 구성되고, 평평한 상부표면을 가진 제 1 희생층(114)이 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 증착된다. 그리고나서, 이등방성 식각 방법을 이용하여 제 1 희생층(114)이 부분적으로 제거됨으로서 한쌍의 빈구멍이 형성된다.
그 다음으로, 실리콘 질화물(SiNx) 같은 재료로 만들어진 하부 지지 교각인 지지층(122)이 빈구멍을 포함한 제 1 희생층(114)의 상부에 PECVD 법을 사용하여 증착되며, 접속단자(112a)가 노출되도록 지지층(122)의 일부분을 식각함으로써 한쌍의 개구부분(via hole)이 형성된다.
그런 후에, 티타늄 같은 금속으로 만들어진 하부 전도선(124)이 개구부분을 포함한 지지층(122)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되는데, 여기에서 개구부분 내부에 금속으로 만들어진 하부 전도선(124)이 채워지면서 하부 전도선(124)이 접속단자(112a)와 전기적으로 연결하게 된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 하부 전도선(124)과 지지층(122)은 각각 금속 식각 방법과 이등방성 식각방법으로 패턴되면서 상부에 전도선이 형성되고, 전도선의 상부 전체를 포함하도록 실리콘 산화물을 증착하여 전도선 보호 산화막을 증착하고, 전도선 보호 산화막의 일부분을 이등방성 식각방법으로 식각하여 전도선 보호층(126) 형성함으로서 지지 레벨(120)이 형성된다. 이때, 지지 레벨(120)의 단차가 심한 부분을 앵커 부분(123)이라고 정의한다.
도 1c를 참조하면, 지지 레벨(120)의 상부에 제 1 희생층(114) 동일한 물질을 도포 후 설정된 온도로 베이킹하여 후막의 제 2 희생층(128)을 형성한다.
그러나, 지지 레벨(120)의 앵커 부분(123)은 다른 부분보다 단차가 크기 때문에, 제 2 희생층(128)이 증착될 때 앵커 부분(123)의 상단 부분에 증착되는 제 2 희생층(128)은 다른 부분처럼 완전한 평탄화를 이루지 못한다.
그러므로, 단차 차이에 의한 제 2 희생층(114)이 완전 평탄화를 이루지 못함으로 인하여 제 2 희생층(128)의 상부에 형성되는 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어진 제 1 적외선 흡수층(142)과, 제 1 적외선 흡수층(142)의 상부에 증착되어 하부 전도선(124)과 연결되는 금속으로 이루어진 상부 전도선(144)과, 제 1 적외선 흡수층(142)과 동일한 재료인 실리콘 산화물로 이루어져 상부 전도선(144)의 상부에 증착되는 제 2 적외선 흡수층(146)으로 이루어진 흡수 레벨(140)이, 도 1d에 도시된 바와 같이, 평탄화를 이루지 못하는 문제점이 있다.
흡수 레벨(140)이 평탄화를 이루지 못함으로써 적외선 방사 에너지를 흡수하는 흡수 레벨(140)의 스트레스 조절이 어렵다는 문제점이 있는데, 이러한 문제는 결국 적외선 감도를 저하시켜 볼로메터 제품의 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용하게 된다..
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,지지 레벨의 앵커부분에 포토레지스터를 채워서 지지 레벨의 단차를 없앤 후 제 2 희생층을 증착하여 제 2 희생층의 평탄도 향상과 더불어 볼로메터의 흡수 레벨의 평탄화를 증진시킬 수 있는 적외선 흡수 볼로메터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부 회로와 전기적으로 연결되는 다수의 접속 단자를 갖는 구동 기판 상에 셀 단위의 적외선 흡수 볼로메터를 제조하는 방법에 있어서, 상기 구동 기판과의 사이에 제 1 희생층을 게재하며, 상기 접속단자와 하부 전도선이 연결되는 앵커 부분에 단차가 존재하는 지지 레벨을 형성하는 단계와, 상기 지지레벨과 상기 앵커 부분이 완전히 매립되도록 포토레지스터를 도포한 후, 상기 앵커 부분을 제외한 나머지 포토레지스터를 제거하는 단계와, 상기 지지레벨 사이에 제 2 희생층을 게재하며, 상기 하부 전도선에 연결되는 상부 전도선이 포함된 흡수 레벨을 형성하는 단계와, 상기 앵커 부분의 포토레지스터, 제 1 및 제 2 희생층을 제거함으로써 각 셀 단위의 볼로메터 구조를 완성하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 2는 통상적인 적외선 흡수 볼로메터를 나타내는 사시도이고, 도 3a 내지 3i는 본 발명에 따른 볼로메터 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 즉, 도 3a 내지 3i는 볼로메터를 제조할 때 도 2에 도시된 적외선 흡수 볼로메터의 I-I선에 따라 보여지는 단면에서의 공정도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 크게 구분해 볼 때, 기판(100)의 상부에 보호층(112)이 피복된 구동 기판 레벨(110), 지지 레벨(120), 포스트(130) 및 흡수 레벨(140)을 포함하며, 지지 레벨(120)이 구동 기판 레벨(110)내의 접속단자를 통해 지지되고, 흡수 레벨(140)이 지지 레벨(120)의 자유단 측 종단에 형성된 포스트(130)를 통해 고정 지지되는 형상을 갖는다.
도시된 바와 같이, 볼로메터의 제조 공정은 집적회로(도시되지 않음)와 한쌍의 접속단자(112a)를 포함한 기판(100)의 준비로서 시작된다. 각각의 접속단자(112a)는 기판(100)의 상부에 위치하면서 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다.
보호층(112)은 실리콘 질화막(SiNx) 같은 잔류응력이 보상된 절연성이 우수한 재료로 만들어지며, PECVD 방법을 사용하여 증착할 수 있다. 그리하여 기판(100)과 접속단자(112a)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(110)이 형성된다.
여기서, 구동기판레벨(110)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(100), 한쌍의 접속단자(112a) 및 보호층(112)을 포함한다. 금속으로 만들어진 각각의 접속단자(112a)는 기판(100)의 상부에 형성되어 있고 기판(100)의 집적회로에 전기적으로 접속되어 적외선 방사에너지 흡수작용에 의한 볼로메터의 저항변화를 집적회로에 전달한다. 보호층(112)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 질화막으로 만들어져 있으면서 기판(100)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(100)에 손상이 가지 않도록 한다.
다음으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘(poly Si) 같은 재료로 구성되고, 평평한 상부표면을 가진 제 1 희생층(114)이 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 증착된다. 그리고 나서, 접속단자(112a)가 외부로 노출되도록 제 1 희생층(114)을 부분적으로 제거함으로써 한쌍의 빈구멍(116)이 형성된다.
그 다음으로, 실리콘 산화물(SiO2) 같은 재료로 만들어진 하부 지지 교각인 지지층(122)이 빈구멍(116)을 포함한 제 1 희생층(114)의 상부에 PECVD 법을 사용하여 증착되며, 접속단자(112a)가 노출되도록 지지층에 한쌍의 비아홀(via hole)이 형성된다.
그런 후에, 티타늄 같은 금속으로 만들어진 하부 전도선(124)이 비어홀을 포함한 지지층(122)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되는데, 여기에서 비어홀 내부에 금속으로 만들어진 하부 전도선(124)이 채워지면서 하부 전도선(124)이 접속단자(112a)와 전기적으로 연결하게 된다.
다음으로, 하부 전도선(124)을 보호하기 위하여 실리콘 산화물로 이루어진 전도선 보호층(126)이 하부 전도선(124)의 상부에 증착되고, 하부 전도선(124), 지지층(122) 및 보호층(126)은 각각 금속 식각 방법과 실리콘 질화막 식각방법으로 패턴되면서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 지지레벨(120)이 형성된다. 접속단자(112a)와 하부 전도선(124)이 연결되는 부분에서 다른 부분과 단차가 발생되는데, 이렇게 단차가 발생되는 부분을 앵커(Anchor) 부분(123)이라고 정의한다.
도 3c 내지 3d에 도시된 바와 같이, 지지레벨(120)의 상부와 앵커 부분(123)이 완전히 매립되도록 포토레지스터(125)를 도포한 후, 노출 및 현상 공정을 진행하여 앵커부분(123)의 포토레지스터(127)를 제외한 나머지 부분의 포토레지스터를 제거한다.
계속적으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 지지 레벨(120)의 상부에 다결정 실리콘(폴리머)과 같은 물질을 이용하여 후막의 제 2 희생층(128)을 형성하고 포토리소그라피 공정 및 식각 공정 등을 수행하여 제 2 희생층(128)과 보호층(126)의 일부를 제거함으로써, 지지 레벨(120)의 종단 부분에 있는 하부 전도선(124)의 상부 일부를 노출시켜 포스트 형성홀(129)을 형성한다.
다음으로 도 3f 내지 3h를 참조하면, 상부 전면에 걸쳐 소정 두께의 상부 지지 교각 물질(예를 들면, 실리콘 산화물(SiO2))을 형성하고, 패터닝 공정을 수행하여 포스트 형성홀(129)의 하부 면에 있는 상부 지지 교각 물질을 선택적으로 제거하여 하부 전도선(124)의 상부 일부를 노출시킴으로써, 상부 지지 교각의 역할을 하는 제 1 적외선 흡수층(142)을 형성한다. 여기에서, 제 1 적외선 흡수층(142)은 흡수 레벨의 열 흡수뿐만 아니라 지지층으로서도 기능한다.
계속적으로, 스퍼터링 등과 같은 증착 공정을 수행하여 상부 전면에 걸쳐 박막의 전도성 물질(예를 들면, Ti 등)을 형성하고, 금속 식각 공정을 수행하여 전도성 물질의 일부를 선택적으로 제거함으로써, 제 1 적외선 흡수층(142)의 상부에 하부 전도선(124)과 전기적으로 연결되는 상부 전도선(144)을 형성하고, 상부 전면에 걸쳐 실리콘 산화물(열 흡수 물질)로 이루어진 제 2 적외선 흡수층(146)을 형성(증착) 후 포토리소그라피 공정, 식각 공정 등을 통해 열 흡수층 물질과 상부지지 교각의 일부를 선택적으로 제거하여 제 2 희생층(128)의 상부 일부를 노출시킴으로써, 제 1 적외선 흡수층(142), 상부 전도선(144) 및 제 2 적외선 흡수층(146)이 순차 적층된 형태를 갖는 흡수 레벨(140)의 구조를 완성한다. 즉, 이러한 과정을 통해 볼로메터를 각 셀 단위로 분리한다.
마지막으로, 도 3i에 도시된 바와 같이, 제 2 희생층(142), 제 1 희생층(114) 및 앵커부분(123)에 도포된 포토레지스터(127)를 식각하여 제거함으로서 셀 단위의 적외선 흡수 볼로메터의 제조공정을 완료한다.
따라서, 지지레벨(122)과 제 1 희생층(114)의 상부에 형성된 제 2 희생층(128)은 앵커부분(123)의 제거되지 않은 포토레지스터(127) 때문에 평탄도 향상됨과 더불어 제 2 희생층(128)의 상부에 형성되는 흡수레벨의 평탄도를 향상시킴으로써 볼로메터의 적외선 흡수 효율을 더욱 증진시킬 수 있다.
적외선 볼로메터의 동작 과정을 보면, 적외선 에너지가 제 2 적외선 흡수층(146)에 흡수되었을 때, 제 2 적외선 흡수층(146)에 흡수된 적외선 에너지는 상부 전도선(144)에 전달되고, 전달된 에너지에 의해서 상부 전도선(144)의 저항값이 바뀌고, 바뀐 저항값에 의하여 전압, 또는 전류가 변화한다. 변화된 전류나 전압은 하부 전도선(124)과 접속단자(112a)를 통해서 집적회로에 입력시켜 증폭되어 출력되고, 증폭된 전류나 전압은 검출회로(도시되지 않음)에 의해 읽혀져 적외선 센싱이 된다.
이상 설명한 바와 같이, 지지레벨이 포함하도록 포토레지스터를 도포하고, 현상 및 노광 공정을 통하여 앵커 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스터를 제거한 후에 제 2 희생층을 증착함으로써, 제 2 희생층의 평탄도를 향상시킴과 더불어 제 2 희생층 상부에 형성될 흡수레벨의 평탄도를 향상시킴으로써 볼로메터의 스트레스 발생을 억제시킬 수 있는 효과가 있고, 흡수 레벨의 평탄도 향상에 따라 볼로메터의 적외선 흡수 효율을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1a 내지 1d는 종래의 적외선 흡수 볼로메터 제조 과정을 나타내는 단면도,
도 2는 통상적인 적외선 흡수 볼로메터를 나타내는 사시도,
도 3a 내지 3i는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 제조하는 과정을 나타내는 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
110 : 구동 기판 레벨 112, 126 : 보호층
112a : 접속단자 120 : 지지 레벨
122 : 지지층 124 : 하부 전도선
125, 127 : 포토레지스터 130 : 포스트
140 : 흡수 레벨 142 : 제 1 적외선 흡수층
144 : 상부 전도선 146 : 제 2 적외선 흡수층
Claims (1)
- 내부 회로와 전기적으로 연결되는 다수의 접속 단자를 갖는 구동 기판 상에 셀 단위의 적외선 흡수 볼로메터를 제조하는 방법에 있어서,상기 구동 기판과의 사이에 제 1 희생층을 게재하며, 상기 접속단자와 하부 전도선이 연결되는 앵커 부분에 단차가 존재하는 지지 레벨을 형성하는 단계와,상기 지지레벨과 상기 앵커 부분이 완전히 매립되도록 포토레지스터를 도포한 후, 상기 앵커 부분을 제외한 나머지 포토레지스터를 제거하는 단계와,상기 지지레벨 사이에 제 2 희생층을 게재하며, 상기 하부 전도선에 연결되는 상부 전도선이 포함된 흡수 레벨을 형성하는 단계와,상기 앵커 부분의 포토레지스터, 제 1 및 제 2 희생층을 제거함으로써 각 셀 단위의 볼로메터 구조를 완성하는 단계로 이루어진 적외선 흡수 볼로메터.
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